FR3108359A1 - Moteur à turbine avec compresseur centrifuge ayant un soutirage de plaque d’appui de rouet - Google Patents

Moteur à turbine avec compresseur centrifuge ayant un soutirage de plaque d’appui de rouet Download PDF

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Abstract

Un moteur à turbine à gaz comprend un ventilateur, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le compresseur comprime les gaz entrant dans le moteur à turbine à gaz. La chambre de combustion reçoit les gaz comprimés du compresseur et mélange le carburant avec les gaz comprimés. La turbine reçoit les produits de combustion chauds à haute pression créés par la chambre de combustion en enflammant le carburant mélangé avec les gaz comprimés. La turbine extrait le travail mécanique des produits de combustion chauds à haute pression pour entraîner le ventilateur et le compresseur. Figure pour l’abrégé : [Fig. 1]

Description

MOTEUR À TURBINE AVEC COMPRESSEUR CENTRIFUGE AYANT UN SOUTIRAGE DE PLAQUE D’APPUI DE ROUET
DOMAINE DE LA DIVULGATION
La présente divulgation se rapporte de manière générale aux moteurs à turbine à gaz et plus particulièrement aux moteurs à turbine à gaz à compression centrifuge.
ARRIÈRE-PLAN
Les moteurs à turbine à gaz sont utilisés pour alimenter les aéronefs, les bateaux, les générateurs de puissance ou autres. Les moteurs à turbine à gaz comportent généralement un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le compresseur comprime l’air aspiré dans le moteur et fournit de l’air à haute pression à la chambre de combustion. Dans la chambre de combustion, le carburant est mélangé avec l’air à haute pression et est enflammé. Les produits de la réaction de combustion dans la chambre de combustion sont dirigés dans la turbine où le travail est extrait pour entraîner le compresseur et, parfois, un arbre de sortie. Les produits restants de la combustion sont évacués à l’extérieur de la turbine et peuvent fournir une poussée dans certaines applications.
Certains moteurs à turbine à gaz comportent des compresseurs à un ou plusieurs étage(s) de compression axiale et/ou centrifuge. Refroidir ou éviter la génération de chaleur dans les compresseurs peut améliorer la durée de vie et la performance des composants. Certains compresseurs peuvent être refroidis en utilisant de l’air de purge qui est par la suite rejeté, sacrifiant à la fois la température et la pression de cet air de refroidissement.
RÉSUMÉ
La présente divulgation peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, et prises en combinaison combinaison.
Un moteur à turbine peut comporter un compresseur centrifuge, une chambre de combustion, une turbine et un collecteur. La chambre de combustion peut être couplée de manière fluidique au compresseur centrifuge pour recevoir la majorité des gaz comprimés refoulés du compresseur. La turbine peut être couplée de manière fluidique à la chambre de combustion pour recevoir les produits de combustion chauds à haute pression de la chambre de combustion. La turbine peut être configurée pour extraire un travail mécanique des produits de combustion chauds à haute pression. Le collecteur peut être monté sur le compresseur et conformé pour définir un certain nombre de canaux espacés de manière circonférentielle.
Dans certains modes de réalisation, le compresseur centrifuge peut comporter un rouet et une plaque d’appui de rouet. Le rouet peut être monté pour tourner autour d’un axe et formé pour avoir des aubes de rouet et un disque de rouet. Les aubes de rouet peuvent s’étendre à partir d’un côté avant du disque de rouet. La plaque d’appui de rouet peut être agencée le long d’un côté arrière du disque de rouet pour définir une cavité arrière du compresseur centrifuge entre eux.
Dans certains modes de réalisation, la plaque d’appui de rouet peut être formée pour comporter un certain nombre de trous de purge. Les trous de purge peuvent être agencés radialement vers l’intérieur à partir d’une pointe de sortie des aubes de rouet de manière à permettre aux gaz comprimés refoulés de la pointe de sortie des aubes de rouet de se déplacer sur la pointe de sortie et radialement le long d’une partie du disque de rouet sur le côté arrière du disque de rouet avant de se déplacer à travers la plaque d’appui de rouet.
Dans certains modes de réalisation, la chambre de combustion peut recevoir la majorité des gaz comprimés refoulés de la pointe de sortie des aubes de rouet en tant qu’air de refoulement de compresseur. La chambre de combustion peut être configurée pour mélanger le carburant avec l’air de refoulement de compresseur et enflammer le carburant de manière à créer des produits de combustion chauds à haute pression.
Dans certains modes de réalisation, la turbine comporte un rotor, au moins un ensemble d’aubes de turbine et un joint d’étanchéité. Le rotor peut avoir un arbre monté pour tourner autour de l’axe. L’ensemble d’aubes de turbine peut être couplé à l’arbre pour tourner avec celui-ci. Le joint d’étanchéité peut être formé à partir d’éléments d’étanchéité avant et arrière. Les éléments d’étanchéité avant et arrière peuvent s’engager avec la plaque d’appui de rouet du compresseur centrifuge pour séparer de manière fluidique la cavité arrière du compresseur de la turbine.
Dans certains modes de réalisation, les éléments d’étanchéité avant et arrière du joint d’étanchéité peuvent former une cavité d’étanchéité entre eux. La cavité d’étanchéité peut être en communication fluidique avec la chambre de combustion pour recevoir l’air de refoulement de compresseur de la chambre de combustion. Dans certains modes de réalisation, la cavité d’étanchéité peut être mise sous pression par l’air de refoulement de compresseur.
Dans certains modes de réalisation, le collecteur peut être monté sur la plaque d’appui de rouet pour former le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle. Le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle qui reçoivent des gaz comprimés se déplaçant à travers le nombre de trous de purge peut transporter les gaz comprimés du compresseur centrifuge vers la turbine en contournant la chambre de combustion.
Dans certains modes de réalisation, l’élément d’étanchéité avant du joint d’étanchéité inclus dans la turbine peut être configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la cavité arrière formée entre le disque de rouet du compresseur et la plaque d’appui de rouet. L’élément d’étanchéité arrière du joint d’étanchéité inclus dans la turbine peut être configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la turbine. Dans certains modes de réalisation, les éléments d’étanchéité avant et arrière peuvent être positionnés au même emplacement radial par rapport à l’arbre de la turbine.
Dans certains modes de réalisation, la plaque d’appui de rouet peut être formée pour comporter une pluralité de trous d’impact. Les trous d’impact peuvent s’étendre radialement à travers la plaque d’appui de rouet et débouchent dans la cavité d’étanchéité pour transmettre l’air de refoulement de compresseur du compresseur à la cavité d’étanchéité. Dans certains modes de réalisation, la pluralité de trous d’impact peuvent être situés de manière circonférentielle entre le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
Dans certains modes de réalisation, au moins un trou de purge du nombre de trous de purge peut être configuré pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur. Dans certains modes de réalisation, au moins deux trous de purge peuvent être configurés pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
Dans certains modes de réalisation, le nombre de trous de purge peut être positionné à un emplacement radial présélectionné par rapport à l’axe. L’emplacement radial présélectionné des trous de purge peut être positionné de manière à purger une quantité de gaz comprimés de la pointe de sortie des aubes de rouet qui diminue le tourbillonnement au niveau ou près de la pointe de sortie des aubes de rouet.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, le moteur à turbine à gaz peut comporter un compresseur centrifuge, une turbine et un collecteur. Le compresseur centrifuge peut comporter un rouet monté pour tourner autour d’un axe et une plaque d’appui de rouet. Le rouet peut avoir des aubes de rouet qui s’étendent à partir d’un côté avant d’un disque de rouet. La plaque d’appui de rouet peut être agencée le long d’un côté arrière du disque de rouet pour définir une cavité arrière du compresseur centrifuge entre eux.
Dans certains modes de réalisation, la plaque d’appui de rouet peut être formée pour comporter un certain nombre de trous de purge. Le nombre de trous de purge peut être agencé radialement vers l’intérieur à partir d’une pointe de sortie des aubes de rouet.
Dans certains modes de réalisation, la turbine peut comporter un rotor et un joint d’étanchéité. Le rotor peut avoir un arbre monté pour tourner autour de l’axe et un joint d’étanchéité. Le joint d’étanchéité peut être formé à partir d’éléments d’étanchéité avant et arrière qui s’engagent avec la plaque d’appui de rouet du compresseur centrifuge pour séparer de manière fluidique la cavité arrière du compresseur de la turbine.
Dans certains modes de réalisation, le collecteur peut être monté sur la plaque d’appui de rouet. Le collecteur peut être conformé pour définir un certain nombre de canaux espacés de manière circonférentielle. Les canaux peuvent recevoir des gaz de purge comprimés se déplaçant à travers le nombre de trous de purge et transporter les gaz de purge comprimés du compresseur centrifuge vers la turbine en contournant d’autres composants du moteur à turbine à gaz.
Dans certains modes de réalisation, le moteur à turbine à gaz peut en outre comporter une chambre de combustion. La chambre de combustion peut être couplée de manière fluidique au compresseur centrifuge pour recevoir la majorité des gaz comprimés du compresseur centrifuge. La chambre de combustion peut également être couplée de manière fluidique à la turbine pour refouler des produits de combustion chauds à haute pression vers la turbine.
Dans certains modes de réalisation, la cavité d’étanchéité peut être mise sous pression. La cavité d’étanchéité peut être mise sous pression par l’air de refoulement de compresseur.
Dans certains modes de réalisation, l’élément d’étanchéité avant du joint d’étanchéité peut être configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la cavité arrière formée entre le disque de rouet du compresseur et la plaque d’appui de rouet. L’élément d’étanchéité arrière du joint d’étanchéité inclus dans la turbine peut être configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la cavité d’étanchéité. Dans certains modes de réalisation, les éléments d’étanchéité avant et arrière peuvent être positionnés au même emplacement radial par rapport à l’arbre de la turbine.
Dans certains modes de réalisation, la plaque d’appui de rouet peut être formée pour comporter une pluralité de trous d’impact. La pluralité de trous d’impact peut s’étendre radialement à travers la plaque d’appui de rouet et déboucher dans la cavité d’étanchéité pour transmettre des gaz comprimés se déplaçant à travers le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle. Dans certains modes de réalisation, la pluralité de trous d’impact peuvent être espacés de manière circonférentielle entre le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
Dans certains modes de réalisation, au moins un trou de purge du nombre de trous de purge peut être configuré pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur. Dans certains modes de réalisation, au moins deux trous de purge peuvent être configurés pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
Ces caractéristiques et d’autres de la présente divulgation ressortiront mieux de la description suivante des modes de réalisation illustratifs.
est une vue de coupe en perspective d’un moteur à turbine à gaz montrant que le moteur comporte un ventilateur, un compresseur axi-centrifuge, une chambre de combustion couplée de manière fluidique au compresseur et une turbine couplée de manière fluidique à la chambre de combustion ;
est une vue en coupe transversale du moteur à turbine à gaz de la montrant que le compresseur axi-centrifuge présente un compresseur centrifuge qui comprend (i) un rouet monté pour tourner autour d’un axe ayant des aubes de rouet qui s’étendent à partir d’un côté avant d’un disque de rouet et (ii) une plaque d’appui de rouet agencée le long d’un côté arrière du disque de rouet pour définir une cavité arrière du compresseur centrifuge, et montrant en outre que le moteur à turbine à gaz comporte également un collecteur couplé à la plaque d’appui de rouet qui définit un certain nombre de canaux qui transmettent une partie des gaz comprimés de l’étage de compresseur centrifuge du compresseur à la turbine en contournant la chambre de combustion ;
est une vue détaillée de la montrant que la plaque d’appui de rouet est formée pour comprendre un certain nombre de trous de purge qui permettent à l’air de refoulement de compresseur d’une pointe de sortie des aubes de rouet de se déplacer sur la pointe de sortie et radialement le long d’une partie du disque de rouet avant de se déplacer à travers le nombre de canaux le long de la plaque d’appui de rouet ; et
est une vue en coupe transversale du moteur à turbine à gaz des figures 1-3 à un emplacement circonférentiel différent montrant que la turbine comprend (i) un rotor ayant un arbre monté pour tourner autour de l’axe, (ii) au moins un ensemble d’aubes de turbine couplé à l’arbre pour tourner avec celui-ci, et (iii) des éléments d’étanchéité avant et arrière couplés au rotor qui s’engagent avec la plaque d’appui de rouet pour séparer de manière fluidique la cavité arrière du compresseur de la turbine, et montrant en outre que la plaque d’appui de rouet comporte en outre un certain nombre de trous d’impact qui débouchent dans une cavité d’étanchéité définie par les éléments d’étanchéité avant et arrière pour transmettre des gaz comprimés dans la cavité d’étanchéité.
est une vue détaillée d’un trou de purge inclus dans le nombre de trous de purge de la montrant que chacun des trous de purge a une forme conique qui s’étend à travers la plaque d’appui de rouet de sorte qu’une ouverture d’entrée débouche sur une surface avant de la plaque d’appui de rouet et qu’une ouverture de sortie débouche sur une surface arrière de la plaque d’appui de rouet ; et
est une vue en coupe transversale de la prise le long de la ligne 6-6 montrant que l’ouverture de sortie du trou de purge est décalée radialement et de manière circonférentielle par rapport à l’ouverture d’entrée du trou de purge par rapport à l’axe du moteur.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES DESSINS
Dans le but d’aider à mieux comprendre les principes de la description, il est désormais fait référence à plusieurs modes de réalisation illustratifs représentés sur les dessins, une terminologue spécifique sera utilisée pour les décrire.
Un moteur à turbine à gaz 10 schématique comprend un ventilateur 12, un compresseur axi-centrifuge 14, une chambre de combustion 16 couplée de manière fluidique au compresseur 14, et une turbine 18 couplée de manière fluidique à la chambre de combustion 16 comme le montrent les figures 1-4. Le ventilateur 12 est entraîné par la turbine 18 et fournit une poussée pour propulser un aéronef. Le compresseur 14 comprime les gaz entrant dans le moteur 10 le long d’un trajet d’écoulement central (représenté par les flèches 19). Le compresseur 14 fournit les gaz comprimés à la chambre de combustion 16. La chambre de combustion 16 mélange le carburant avec les gaz comprimés et enflamme le carburant pour produire des produits de combustion chauds à haute pression. Les produits de combustion chauds à haute pression de la réaction de combustion dans la chambre de combustion 16 sont dirigés dans la turbine 18 pour amener la turbine 18 à tourner autour d’un axe 11 du moteur à turbine à gaz 10. La turbine 18 extrait le travail mécanique des produits de combustion chauds à haute pression pour entraîner le compresseur 14 et le ventilateur 12.
Le compresseur axi-centrifuge 14 a des étages de compression axiale 13 et un étage de compression centrifuge 15 comme le montre la . L’étage de compression centrifuge 15 comprend un rouet 22, un flasque de rouet 24, et une plaque d’appui de rouet 26 comme le montrent les figures 2-4. Le rouet 22 est monté pour tourner autour de l’axe 11 et formé pour avoir des aubes de rouet 30. Les aubes de rouet 30 s’étendent chacune à partir d’un côté avant 34 d’un disque de rouet 32. Le flasque de rouet 24 empêche les gaz de se déplacer sur les aubes de rouet 30 sans interagir avec les aubes de rouet 30. La plaque d’appui de rouet 26, ou parfois appelée ici carter de chambre de combustion interne, est agencée le long d’un côté arrière 36 du disque de rouet 32 pour définir une cavité arrière 38 du compresseur centrifuge 15. Dans le mode de réalisation illustré, le compresseur 15 comporte en outre un diffuseur 28 couplé au rouet 22 pour recevoir les gaz comprimés du rouet 22 et refouler les gaz comprimés vers la chambre de combustion 16.
Dans des modes de réalisation, les rouets de compresseur peuvent générer des températures élevées en cours de fonctionnement. Les températures élevées ou la génération de chaleur par le rouet de compresseur peut/peuvent être le résultat d’une augmentation du tourbillonnement au niveau ou près de la pointe de rouet de compresseur. Réduire ou éviter la génération de chaleur par les rouets de compresseur en cours de fonctionnement peut améliorer la fonction, l’efficacité et la durée de vie du rouet.
Pour réduire la génération de chaleur par le rouet de compresseur, l’air peut être purgé du rouet de compresseur, spécifiquement au niveau de la pointe de rouet. L’air de purge peut minimiser le tourbillonnement généré près de la pointe de rouet de compresseur sur le côté arrière du disque de rouet, cependant, en raison des pertes de pression, l’air de purge du rouet de compresseur peut ne pas être utile. Par conséquent, l’air de purge peut être par la suite rejeté, sacrifiant à la fois la température et la pression de cet air de purge.
À ce titre, la présente divulgation concerne un agencement qui réduit la génération de chaleur par le rouet de compresseur 22, tout en permettant à l’air de purge d’être réutilisé dans d’autres composants du moteur à turbine à gaz 10. En réutilisant l’air de purge, l’efficacité opérationnelle du moteur à turbine à gaz 10 peut être augmentée tout en maintenant un fonctionnement et une durée de vie améliorée du rouet.
Pour réutiliser l’air de purge du rouet de compresseur 22, le moteur à turbine à gaz 10 comporte en outre un collecteur 20, comme le montrent les figures 2 et 3. Le collecteur 20 est monté sur la plaque d’appui de rouet 26 du compresseur 14 pour définir un certain nombre de canaux espacés de manière circonférentielle 42. Les canaux 42 reçoivent un écoulement de purge de gaz comprimés (représenté par les flèches 21) se déplaçant à travers un certain nombre de trous de purge 44 formés dans la plaque d’appui 26.
Les trous de purge 44 sont agencés radialement vers l’intérieur à partir d’une pointe de sortie 40 des aubes de rouet 30 de manière à permettre aux gaz comprimés refoulés de la pointe de sortie 40 des aubes de rouet 30 de se déplacer sur la pointe de sortie 40 et radialement le long d’une partie du disque de rouet 32 sur le côté arrière 36 avant de se déplacer à travers la plaque d’appui de rouet 26 comme le montrent les figures 2 et 3. En amenant une partie des gaz comprimés radialement vers l’intérieur le long du côté arrière 36 du disque de rouet 32, la génération de chaleur de tourbillonnement due à la rotation du disque de rouet 32 près de la pointe de sortie 40 peut être réduite.
Dans le mode de réalisation illustré, les trous de purge 44 sont positionnés à un emplacement radial présélectionné R1 comme le montre la . L’emplacement radial présélectionné R1 des trous de purge 44 est configuré pour purger une quantité de gaz comprimés de la pointe de sortie 40 des aubes de rouet 30 qui diminue la génération de chaleur de tourbillonnement près de la pointe de sortie 40 des aubes de rouet 30 sur le côté arrière 36 du disque 32, mais maintient également une pression élevée pouvant être réutilisée dans d’autres composants du moteur 10. Les canaux 42 transportent ensuite les gaz comprimés du compresseur centrifuge 14 vers la turbine 18 en contournant la chambre de combustion 16.
L’agencement des trous de purge 44 assure par conséquent un équilibre entre la réduction de chaleur de tourbillonnement générée, tout en fournissant également à un écoulement de gaz comprimés une pression suffisamment élevée de manière à être réutilisés dans d’autres composants du moteur 10. Les canaux 42 formés par le collecteur 20 transportent les gaz comprimés à haute pression vers la turbine 18 purgés du compresseur de sorte que les gaz comprimés à haute pression puissent être réutilisés dans la turbine 18.
Dans d’autres modes de réalisation, les gaz comprimés purgés de la pointe de sortie 40 peuvent être transportés vers un autre composant du moteur 10, tel que des pales de turbine 50 dans la turbine 18. Les gaz comprimés peuvent être transportés à l’extérieur du carter de moteur 51 en contournant la chambre de combustion 16 vers la turbine 18. Les gaz comprimés peuvent être utilisés pour refroidir les pales de turbine 50 avant d’être refoulés dans le trajet d’écoulement central 19.
Dans le mode de réalisation illustré, au moins un trou de purge 44 est configuré pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal 42 formé par le collecteur 20. Dans d’autres modes de réalisation, au moins deux trous de purge 44 peuvent être configurés pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal 42 formé par le collecteur 20.
En revenant à nouveau à la turbine 18, la turbine 18 comporte une pluralité d’ensembles de roues rotatives à aubes 48 et une pluralité de couronnes à pales de turbine statiques 50 qui sont fixes par rapport à l’axe 11 comme suggéré dans les figures 1-4. Les gaz chauds sont conduits à travers le trajet de gaz central 19 et interagissent avec les ensembles de roues à aubes 48 pour provoquer la rotation des ensembles de roues à aubes 48 autour de l’axe 11. Chaque couronne à pales de turbine 50 comporte une pluralité de pales de turbine. Les pales de turbine 50 sont positionnées pour diriger les gaz vers les ensembles de roues à aubes 48 avec une orientation souhaitée.
Chaque ensemble de roue rotative comporte un rotor 52, au moins un ensemble d’aubes de turbine 54 et un joint d’étanchéité 56 comme le montrent les figures 1-4. Le rotor 52 a un arbre 58 monté pour tourner autour de l’axe 11. L’ensemble d’aubes de turbine 54 est couplé à l’arbre 56 pour tourner avec celui-ci. Le joint d’étanchéité 58 est formé à partir d’éléments d’étanchéité avant et arrière 60, 62 qui s’engagent avec la plaque d’appui de rouet 26 du compresseur centrifuge 14 pour séparer de manière fluidique la cavité arrière 38 du compresseur 14 de la turbine 18.
L’élément d’étanchéité avant 60 et l’élément d’étanchéité arrière 62 de la turbine 18 forment une cavité d’étanchéité 64 entre eux. La cavité d’étanchéité 64 est en communication fluidique avec la chambre de combustion 16 pour recevoir l’air de refoulement de compresseur à partir du compresseur 14. Dans le mode de réalisation illustré, les éléments d’étanchéité avant et arrière 60, 62 sont positionnés au même emplacement radial par rapport à l’arbre 58 de la turbine 18.
La plaque d’appui de rouet 26 est également formée pour comporter une pluralité de trous d’impact 46 comme le montrent les figures 2-4. Les trous d’impact 46 s’étendent radialement à travers la plaque d’appui de rouet 26 et débouchent dans la cavité d’étanchéité 64 pour transmettre l’air de refoulement de compresseur du compresseur 14 à la cavité d’étanchéité 64.
Dans le mode de réalisation illustré, les trous d’impact 46 sont situés de manière circonférentielle entre le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle 42 formés par le collecteur 20. L’air de refoulement de compresseur met sous pression la cavité d’étanchéité 64 de sorte que l’air de refoulement de compresseur s’échappe à travers l’élément d’étanchéité avant 60 et l’élément d’étanchéité arrière 62.
Dans le mode de réalisation illustré, l’élément d’étanchéité avant 60 du joint d’étanchéité 56 est configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la cavité arrière 38 comme le montre la . L’air qui s’échappe vers la cavité arrière 38 met sous pression la cavité arrière 38. L’air qui s’échappe vers la cavité arrière 38 a une pression élevée qui permet aux gaz de s’écouler radialement vers l’extérieur.
L’élément d’étanchéité arrière 62 du joint d’étanchéité 56 est configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers une cavité de roue 66 comme le montre la . L’air qui s’échappe à travers l’élément d’étanchéité arrière 62 retourne dans le trajet d’écoulement central 19 à un emplacement entre une pale de premier étage 50 et un ensemble de roue à aubes de premier étage 48 de la turbine 18. Par conséquent, les gaz comprimés purgent et refroidissent la cavité de roue 66 avant (ré)introduction dans le trajet d’écoulement central 19.
Dans le mode de réalisation illustré, le canal 42 débouche dans la cavité de roue 66 comme le montre la . L’écoulement de purge des gaz comprimés 21 est configuré pour purger la cavité 66 et empêcher l’ingestion de gaz chauds du trajet d’écoulement 19. L’écoulement de purge des gaz comprimés 21 est mélangé avec l’air de refoulement de compresseur qui s’échappe de l’élément d’étanchéité arrière 62 dans la cavité 66.
Dans le mode de réalisation illustré, la plaque d’appui de rouet 26 comporte une partie s’étendant radialement 70, une partie s’étendant axialement 72 et une partie d’étanchéité 74 comme le montrent les figures 3 et 4. La partie s’étendant radialement 70 s’étend radialement le long du côté arrière 36 du disque de rouet 32 et est espacée du disque 32 pour définir une partie de la cavité arrière 38 entre eux. La partie s’étendant axialement 72 s’étend axialement à partir de la partie s’étendant radialement et est montée par rapport à la turbine 18 pour définir une partie de la cavité arrière 38 entre la plaque d’appui de rouet 26 et le disque 32. La partie d’étanchéité 74 s’étend radialement vers l’intérieur à partir de la partie s’étendant axialement 72 pour s’engager avec les éléments d’étanchéité avant et arrière 60, 62 de la turbine 18. Dans le mode de réalisation illustré, les éléments d’étanchéité avant et arrière 60, 62 sont des joints d’étanchéité à lame qui s’engagent avec des bandes abradables 76 couplées à la partie d’étanchéité 74 de la plaque d’appui 26 comme le montrent les figures 3 et 4.
Dans le mode de réalisation illustré, les trous de purge 44 s’étendent à travers la partie s’étendant radialement 70 de la plaque d’appui de rouet 26 à partir d’une surface avant 78 de la plaque d’appui de rouet 26 à une surface arrière 80 de la plaque d’appui de rouet 26 comme le montrent les figures 5 et 6. Chaque trou 44 a une ouverture d’entrée 82 qui débouche sur la surface avant 78 de la plaque d’appui de rouet 26 et une ouverture de sortie 84 qui débouche sur la surface arrière 80 de la plaque d’appui de rouet 26.
[0054] Dans le mode de réalisation illustratif, les trous de purge 44 sont de forme conique comme le montrent les figures 5 et 6. L’ouverture d’entrée 82 est dimensionnée pour avoir un premier diamètre D1, tandis que l’ouverture de sortie 84 est dimensionnée pour avoir un deuxième diamètre D2 qui est plus grand que le premier diamètre D1 de l’ouverture d’entrée 82. La forme des trous 44 augmente/optimise la pression statique de soutirage.
Dans le mode de réalisation illustré, les ouvertures 82, 84 ont une forme circulaire, mais peuvent avoir une forme ovulaire dans des modes de réalisation. Dans d’autres modes de réalisation, les ouvertures 82, 84 des trous 44 peuvent avoir une autre forme appropriée.
Chacun des trous 44 s’étend axialement à travers la plaque d’appui 26 entre les ouvertures 82, 84 le long d’un axe de trou 86 comme le montre la . Un centre 83 de l’ouverture d’entrée 82 et un centre 85 de l’ouverture de sortie 84 sont situés sur l’axe de trou 86. Dans le mode de réalisation illustré, le centre 85 de l’ouverture de sortie 84 est décalé radialement et de manière circonférentielle par rapport au centre 83 de l’ouverture d’entrée 82 par rapport à l’axe 11 du moteur 10.
La présente description concerne les compresseurs centrifuges à utiliser dans les moteurs à turbine à gaz 10. L’un des facteurs mécaniques limitatifs des compresseurs centrifuges peut être la température du métal des pointes d’aube de grille directrice de sortie 40. La température du métal peut dépendre de la façon dont la cavité arrière 38 gère la génération de chaleur à partir du tourbillonnement. Dans certains modes de réalisation, l’air peut être purgé hors du rouet 22 et autorisé à s’écouler radialement vers l’intérieur le long de la surface arrière 80 de la plaque d’appui 26 avant qu’il ne soit jeté par-dessus bord. Ceci réduit le tourbillonnement près de la pointe de sortie 40 le long du côté arrière 36 du disque de rouet 32, mais en raison des pertes de pression, l’air n’est pas utile et donc jeté par-dessus bord. Inversement, s’il n’y a pas d’air purgé hors de la pointe de sortie 40, l’air dans la cavité arrière 38 s’écoule radialement vers l’extérieur, augmentant ou maintenant un tourbillonnement élevé au niveau ou près de la pointe de sortie 40, mais fournissant une pression élevée, ce qui pourrait être utile dans la turbine 18 pour un certain nombre d’applications.
Dans le mode de réalisation illustré, la génération de chaleur de tourbillonnement est due à la rotation du côté arrière 36 du disque de rouet 32 près de la pointe de sortie 40. Par agencement des trous de purge 44, radialement vers l’intérieur à partir de la pointe de sortie 40, l’écoulement de purge se déplace le long du côté arrière 36 près de la pointe de sortie 40 où la chaleur de tourbillonnement est générée. De cette manière, l’écoulement de purge réduit la génération de chaleur de tourbillonnement au niveau du côté arrière 36 du disque de turbine 32 près de ou radialement vers l’intérieur de la pointe de sortie 40.
La présente description concerne un rouet 22 avec une plaque d’appui 26 ayant une pluralité de trous de purge 44 et un collecteur 20 couplé à la plaque d’appui 26 qui a formé des canaux 42 pour transmettre les gaz comprimés purgés hors de la pointe de sortie 40 à la turbine 18. La position radiale R1 des trous de purge 44 est réglée de sorte que la chaleur de tourbillonnement générée entre le côté arrière 36 du disque de rouet 32 et la plaque d’appui de rouet 26 près de la pointe de sortie 40 du rouet 22 puisse être réduite tandis que les gaz comprimés de la pointe de sortie 40 maintiennent une pression suffisamment élevée pour être utiles dans la turbine 18.
La pluralité de trous de purge 44 sont de nature composée comme le montrent les figures 5 et 6. Les trous 44 ont un angle tangentiel par rapport à la plaque d’appui 32. Dans les modes de réalisation illustratifs, l’angle tangentiel peut être d’environ 65 degrés. La forme des trous 44 maximise la pression de soutirage statique.
[0061] Bien que la divulgation ait été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description ci-dessus, celle-ci doit être considérée comme un exemple et sans caractère limitatif, étant entendu que seuls les modes de réalisation de celle-ci ont été représentés et décrits et que tous les changements et modifications qui entrent dans l’esprit de la divulgation doivent être protégés.

Claims (10)

  1. Moteur à turbine comprenant
    un compresseur centrifuge incluant (i) un rouet monté pour tourner autour d’un axe et formé pour avoir des aubes de rouet qui s’étendent à partir d’un côté avant d’un disque de rouet et (ii) une plaque d’appui de rouet agencée le long d’un côté arrière du disque de rouet pour définir une cavité arrière du compresseur centrifuge entre eux, la plaque d’appui de rouet est formée pour comporter un certain nombre de trous de purge agencés radialement vers l’intérieur à partir d’une pointe de sortie des aubes de rouet de manière à permettre aux gaz comprimés refoulés de la pointe de sortie des aubes de rouet de se déplacer sur la pointe de sortie et radialement le long d’une partie du disque de rouet sur le côté arrière du disque de rouet avant de se déplacer à travers la plaque d’appui de rouet,

    une chambre de combustion couplée de manière fluidique au compresseur centrifuge pour recevoir la majorité des gaz comprimés refoulés de la pointe de sortie des aubes de rouet en tant qu’air de refoulement de compresseur, la chambre de combustion étant configurée pour mélanger le carburant avec l’air de refoulement de compresseur et pour enflammer le carburant de manière à créer des produits de combustion chauds à haute pression,

    une turbine couplée de manière fluidique à la chambre de combustion pour recevoir les produits de combustion chauds à haute pression de la chambre de combustion et configurée pour extraire un travail mécanique des produits de combustion chauds à haute pression, la turbine comprenant un rotor ayant un arbre monté pour tourner autour de l’axe, au moins un ensemble d’aubes de turbine couplé à l’arbre pour tourner avec celui-ci, et un joint d’étanchéité formé à partir d’éléments d’étanchéité avant et arrière qui s’engagent avec la plaque d’appui de rouet du compresseur centrifuge pour séparer de manière fluidique la cavité arrière du compresseur de la turbine, où une cavité d’étanchéité est formée entre les éléments d’étanchéité avant et arrière du joint d’étanchéité et la cavité d’étanchéité est en communication fluidique avec la chambre de combustion pour recevoir l’air de refoulement de compresseur de la chambre de combustion, et

    un collecteur monté sur la plaque d’appui de rouet qui est conformé pour définir un certain nombre de canaux espacés de manière circonférentielle qui reçoivent les gaz comprimés se déplaçant à travers le nombre de trous de purge et pour transporter les gaz comprimés du compresseur centrifuge vers la turbine en contournant la chambre de combustion.
  2. Moteur à turbine à gaz de la revendication 1, dans lequel la cavité d’étanchéité est mise sous pression par l’air de refoulement de compresseur.
  3. Moteur à turbine à gaz de la revendication 2, dans lequel l’élément d’étanchéité avant du joint d’étanchéité inclus dans la turbine est configuré pour laisser l’air de refoulement de compresseur s’échapper vers la cavité arrière formée entre le disque de rouet du compresseur et la plaque d’appui de rouet.
  4. Moteur à turbine à gaz de la revendication 1, dans lequel le nombre de trous de purge est positionné à un emplacement radial présélectionné par rapport à l’axe de manière à purger une quantité de gaz comprimés de la pointe de sortie des aubes de rouet qui diminue le tourbillonnement près de la pointe de sortie des aubes de rouet.
  5. Moteur à turbine à gaz de la revendication 1, dans lequel au moins un trou de purge du nombre de trous de purge est configuré pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
  6. Moteur à turbine à gaz comprenant

    un compresseur centrifuge comprenant un rouet monté pour tourner autour d’un axe avec des aubes de rouet qui s’étendent à partir d’un côté avant d’un disque de rouet et une plaque d’appui de rouet agencée le long d’un côté arrière du disque de rouet pour définir une cavité arrière du compresseur centrifuge entre eux, la plaque d’appui de rouet étant formée pour comporter un certain nombre de trous de purge agencés radialement vers l’intérieur à partir d’une pointe de sortie des aubes de rouet,

    une turbine comportant un rotor ayant un arbre monté pour tourner autour de l’axe et un joint d’étanchéité formé à partir d’éléments d’étanchéité avant et arrière qui s’engagent avec la plaque d’appui de rouet du compresseur centrifuge pour séparer de manière fluidique la cavité arrière du compresseur de la turbine,

    un collecteur monté sur la plaque d’appui de rouet qui est conformé pour définir un certain nombre de canaux espacés de manière circonférentielle qui reçoivent les gaz de purge comprimés se déplaçant à travers le nombre de trous de purge et pour transporter les gaz de purge comprimés du compresseur centrifuge vers la turbine en contournant d’autres composants du moteur à turbine à gaz.
  7. Moteur à turbine à gaz de la revendication 6, dans lequel le moteur à turbine à gaz comporte en outre une chambre de combustion couplée de manière fluidique au compresseur centrifuge pour recevoir la majorité des gaz comprimés du compresseur centrifuge et la chambre de combustion couplée de manière fluidique à la turbine pour refouler des produits de combustion chauds à haute pression vers la turbine.
  8. Moteur à turbine à gaz de la revendication 6, dans lequel la plaque d’appui de rouet est formée pour comporter une pluralité de trous d’impact qui s’étendent radialement à travers la plaque d’appui de rouet et débouchent dans la cavité d’étanchéité pour transmettre des gaz comprimés se déplaçant à travers le nombre de canaux espacés de manière circonférentielle.
  9. Moteur à turbine à gaz de la revendication 6, dans lequel les éléments d’étanchéité avant et arrière sont positionnés au même emplacement radial par rapport à l’arbre de la turbine.
  10. Moteur à turbine à gaz de la revendication 6, dans lequel au moins un trou de purge du nombre de trous de purge est configuré pour fournir des gaz comprimés à au moins un canal du nombre de canaux espacés de manière circonférentielle formés par le collecteur.
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